ВОПРОС:
Действительно ли головной мозг использует электричество для передачи своих сигналов?
ОТВЕТ:
Да, для передачи сигналов мозг использует электричество, но производится это электричество совсем не так, как электрический ток, поступающий из настенных розеток (не говоря уже о том, что напряжение мозгового электричества гораздо ниже). Нейроны передают друг другу сигналы электрохимическим способом, и эти сигналы называются потенциалами действия. Электрический ток, которым мы пользуемся в быту, переносят электроны; в головном мозге и вообще в нервной системе ток переносится ионами.
Ионы – это электрически заряженные частицы, и организм использует для генерации тока ионы нескольких типов. За передачу сигналов в нервной системе отвечают ионы натрия, калия, кальция и хлора. Так как мембраны, окружающие нейроны, являются полупроницаемыми, некоторые ионы могут свободно проходить через них, а некоторые – нет. Неравномерное распределение ионов по обе стороны мембраны (внутри и снаружи нейрона) создает электрическую разность потенциалов (электрическое напряжение).
Когда нейрон неактивен, заряд внутри него отрицателен по отношению к заряду вне нейрона, и разность потенциалов составляет приблизительно -70 милливольт. Помимо этой разности электрических потенциалов, существует также разность концентраций определенных ионов внутри и вне нейрона; снаружи выше концентрация ионов натрия, а внутри выше концентрация ионов калия. Из школьного курса физики мы помним, что противоположные заряды притягиваются. Положительно заряженные ионы стремятся выйти в более отрицательно заряженную среду, а частицы всегда стремятся попасть из среды, где их концентрация высока, в среду, где их концентрация ниже.
Потенциал действия, который еще называют спайком или импульсом, вызывается быстрым открытием закрытых до этого различных ионных каналов. Для возбуждения потенциала действия поступающий к нейрону сигнал открывает ионные каналы, что приводит к массивному поступлению ионов натрия внутрь нервной клетки. Заряд внутренней среды становится положительным (клетка деполяризуется). Когда заряд внутри клетки уменьшается по абсолютной величине на 55 милливольт, нейрон генерирует потенциал действия. Если же заряд не достигает этого порогового значения, то потенциал действия не возбуждается.
В норме первым этапом генерации потенциала действия является открытие натриевых каналов в аксонном бугорке (области нейрона, прилегающей к аксону). Как только это происходит, ионы натрия устремляются внутрь нервной клетки, потому что ионов натрия гораздо больше снаружи, чем внутри. Увеличение концентрации положительно заряженных ионов натрия внутри клетки приводит к деполяризации – на пике потенциала действия потенциал на внутренней стороне мембраны достигает +30 милливольт. В это же время начинают открываться калиевые каналы. Они открываются с небольшой задержкой, но когда это происходит, ионы калия начинают выходить из клетки, потому что концентрация калия внутри клетки больше, чем вне ее. Этот выход ионов калия поляризует нейрон (то есть делает внутреннюю среду клетки отрицательно заряженной). На фоне открытия калиевых каналов начинают закрываться натриевые каналы. Внутренняя среда нейрона снова приобретает заряд -70 милливольт. Однако в силу того, что калиевые каналы пока остаются открытыми, клетка продолжает заряжаться отрицательно, и в какой-то момент потенциал внутри клетки становится ниже потенциала покоя. После закрытия калиевых каналов концентрации ионов возвращаются к исходному уровню, и потенциал снова становится равным -70 милливольт.
